Guide de réparation des automates : Conseils de dépannage et analyse des coûts

Lorsqu'un automate programmable tombe en panne, cela affecte radicalement le fonctionnement des machines automatisées et peut bloquer le flux de revenus d'une entreprise. Pour beaucoup, les enjeux et la pression pour relancer la production sont extrêmement élevés. Dans ces cas-là, il est essentiel d'éviter les erreurs humaines ou les erreurs de l'opérateur dues à la panique ; il est essentiel de garder son calme et sa lucidité.

Le présent guide vise à atteindre cet objectif. Il vise notamment à fournir une approche étape par étape du dépannage d'un système PLC, à obtenir une base rationnelle pour guider les décisions de réparation/remplacement et à définir les caractéristiques d'un partenaire approprié à engager pour reprendre les opérations.

Étapes essentielles de dépannage des automates avant d'appeler le service d'assistance

La première étape consiste à modifier votre état d'esprit avant même d'ouvrir l'armoire de commande ou de prendre un multimètre. Essayez de ne pas considérer l'automate comme une simple “boîte magique”. Considérez-le plutôt comme un ensemble modulaire de composants, composé de quatre domaines fonctionnels : l'alimentation (le cœur), l'unité centrale (le cerveau), les modules d'E/S (les mains) et les appareils de terrain (l'environnement). Si vous pouvez mentalement isoler le défaut dans l'un des quatre domaines, cela vous aidera à atténuer l'impression écrasante de regarder l'ensemble des systèmes de contrôle industriel et vous permettra d'effectuer un triage systématique contrôlé.

De nombreuses personnes signalent une “défaillance” de l'automate, qui n'est pas une défaillance d'un composant, mais plutôt des facteurs environnementaux qui imitent un accident. Les vérifications suivantes peuvent vous faire économiser des milliers d'euros.

1. Alimentation et interrupteurs

Vérifiez d'abord l'évidence. Vérifiez l'état physique de l'automate. L'interrupteur à clé de l'unité centrale est-il physiquement positionné sur “STOP” ou “REM” (Remote) ? S'il a été heurté pendant le nettoyage ou la maintenance, la séquence de programme a simplement cessé de s'exécuter. Mettez-le sur “RUN”. Ensuite, ne vous fiez pas à la lumière de l'armoire pour vérifier la mise sous tension. Utilisez un multimètre pour vérifier la tension de l'alimentation. Un disjoncteur déclenché, des connexions desserrées ou un bornier mal fixé peuvent ressembler à une unité centrale détruite. Veillez à vérifier les problèmes d'alimentation ou les fluctuations de tension qui pourraient être à l'origine de pannes intermittentes.

2. Décoder les voyants d'erreur

Les voyants de la face avant ne se comportent pas de manière aléatoire ; ces indicateurs d'état représentent des informations à l'aide d'un système de codage primitif. Si le voyant “Fault” est ROUGE fixe, cela signifie qu'il y a probablement une sorte d'erreur matérielle catastrophique, ou que le minuteur du chien de garde a expiré, et que l'unité centrale est entrée dans un état verrouillé pour empêcher un arrêt soudain du processus. S'il clignote en rouge, il est parfois possible de le récupérer et peut représenter une erreur de dépassement mathématique basée sur une entrée de données incorrecte ou une configuration d'E/S manquante. Il est essentiel de se familiariser avec ces codes d'erreur. Vérifiez ensuite le voyant BATT. S'il est allumé, ne mettez PAS l'unité hors tension avant d'avoir vérifié qu'il existe une sauvegarde de la logique du programme de l'automate. Une sauvegarde est nécessaire car si l'alimentation est coupée et que la batterie est déchargée, le programme dans la RAM volatile entraîne des données manquantes et est irrécupérable.

3. Vérifier immédiatement l'état de la batterie

Pour de nombreux systèmes anciens, et même pour certaines plates-formes actuelles, une pile au lithium maintient le programme logique en vie en cas de coupure de courant. Si le voyant BATT est allumé, cela signifie que le remplacement de la pile doit être la priorité absolue afin d'éviter toute perte permanente de données. Important : la majorité des automates programmables prévoient le remplacement de la pile lorsque l'appareil est sous tension. Si vous éteignez l'appareil pour changer la pile, vous effacerez la mémoire. Ce voyant ne doit jamais être ignoré. Ne consultez pas un manuel pour vérifier son état de désactivation.

4. Contrôle de l'intégrité du câblage et des bornes

Les vibrations des appareils électroniques et des machines peuvent être très dommageables. Lorsqu'une machine vibre continuellement pendant une longue période, l'intégrité du câblage est menacée. Les bornes et les vis peuvent se desserrer, provoquant des courts-circuits ou des connexions lâches. Pour effectuer un “test de traction”, il suffit de tirer doucement sur les fils connectés à l'alimentation électrique et aux cartes d'entrée/sortie. De même, si un fil neutre est desserré, il peut provoquer des coupures de courant en alimentant le système à tour de rôle, ce qui donne l'impression d'un dysfonctionnement de l'unité centrale. En outre, vérifiez la présence de corrosion, en particulier au niveau des bornes. La corrosion des bornes crée une résistance et de la chaleur qui peuvent entraîner une chute soudaine de la tension du système.

Modes de défaillance courants des automates et causes électriques

Si le problème persiste après avoir effectué les vérifications de base, nous devrons aller plus loin pour comprendre pourquoi les systèmes de contrôle PLC tombent en panne. Les automates programmables, bien qu'ils soient conçus pour des conditions difficiles, restent des appareils électroniques contenant des composants sensibles, et ils peuvent être très sensibles. Il est essentiel de comprendre les raisons courantes de leur défaillance pour éviter qu'elle ne se reproduise.

Défaillances du module d'alimentation et pics de tension

Les modules d'alimentation (PSM) doivent accomplir les tâches les plus difficiles dans l'armoire de commande. Le travail du PSM consiste à convertir la tension de ligne sale (120VAC ou 24VDC) provenant de diverses sources électriques en une tension claire de 5VDC nécessaire à l'unité centrale et aux circuits logiques. Le module d'alimentation ne fonctionne pas de manière délibérée ; il présente des dysfonctionnements. La raison la plus fréquente des défaillances du module d'alimentation est l'électricité sale, c'est-à-dire les problèmes électriques sous forme de surtension et de fluctuations de tension provenant du réseau ou de gros moteurs qui démarrent dans le voisinage.

Les alimentations contiennent des condensateurs spéciaux appelés électrolytiques, qui agissent comme des banques de stockage d'énergie. Avec la chaleur et l'âge, les condensateurs des MSP s'assèchent toujours. Les blocs d'alimentation peuvent stocker une quantité importante d'énergie et si des composants sous-dimensionnés (exposés à la chaleur et à l'âge) subissent un pic de tension important, le circuit de protection de l'entrée peut se déclencher. L'alimentation en court-circuit n'explosera pas. Cependant, la tension chutera à 4,5 V, par exemple. Cela ne grillera pas l'unité centrale, mais provoquera une amnésie logique. Il s'agit du phénomène par lequel l'unité centrale a des pépins, perd sa communication ou redémarre sans raison apparente, ce qui entraîne un comportement imprévisible et un fonctionnement peu fiable, sans qu'aucun logiciel ne puisse aider à résoudre le problème.

La stabilité de votre automate repose sur des composants de haute qualité. En cas de défaillance de l'alimentation électrique, la seule solution fiable consiste à la remplacer rapidement. En tant que fabricant, OMCH considère l'alimentation électrique comme le dispositif de protection le plus critique. Notre ISO 9001-certifié les alimentations industrielles assurent performance constante et offrent une sécurité complète - y compris une protection contre les courts-circuits et les surtensions - afin de protéger l'ensemble de votre système de contrôle contre toute volatilité électrique future.

Problèmes de brûlure et de mise à la terre des modules d'E/S

Les dispositifs d'entrée et les modules de sortie servent d'interface entre le numérique et le physique et sont donc les plus exposés aux contraintes électriques du monde extérieur. L'une des pannes les plus courantes est due au phénomène de rétroaction inductive qui affecte les dispositifs de sortie. Lorsque la sortie de l'automate ferme une électrovanne ou un contacteur de moteur, le champ magnétique de la bobine s'effondre et une haute tension (back EMF) est générée et se propage vers la carte de l'automate.

S'il n'est pas protégé, ce phénomène se produira des milliers de fois par jour et finira par griller le transistor de sortie, entraînant une défaillance du module ou une absence de réponse des capteurs. En outre, vérifiez que la mise à la terre est correcte afin d'éviter les problèmes de mise à la terre. Si l'automate et un capteur distant sont mis à la terre à des points différents, des boucles de terre se produisent. Ces effets de boucle de terre créent un flux de courant sur le fil de signal. Ce bruit entraîne une lecture incorrecte du signal par l'automate (il peut lire un ‘1’ comme un ‘0’), ou brûle les petites traces des cartes de circuits minces. Il en résulte une perte de canal instantanée et irréversible.

Corruption de l'unité centrale et dépendances de la batterie

En général, l'unité centrale de traitement (CPU) est l'unité la plus puissante et la plus polyvalente ; cependant, les défaillances sont généralement les plus dommageables. Comme pour tout autre système fonctionnant sur batterie, le module de commande de l'automate est susceptible de perdre toute mémoire fonctionnelle. De plus, l'unité centrale est très sensible au bruit électrique et à la surchauffe. De fortes interférences externes provenant d'entraînements à fréquence variable (EFV) ou d'équipements de soudage peuvent provoquer des interférences électromagnétiques (EMI) ou des interférences de radiofréquence. Ces interférences électriques peuvent induire des courants parasites dans les câbles de communication, faisant tomber des paquets et provoquant des “erreurs de processeur”, des dysfonctionnements de logiciel, voire une corruption totale du logiciel.

De plus, la gestion thermique est primordiale. Les environnements industriels présentent souvent des facteurs environnementaux tels que la poussière et les températures élevées. Si les ventilateurs de refroidissement de l'armoire tombent en panne, la chaleur s'accumule. L'électronique se dégrade de manière exponentielle avec la chaleur. Une unité centrale fonctionnant à des températures extrêmes (par exemple, 10°C de plus que les spécifications) verra sa durée de vie opérationnelle réduite à 50%, tandis que les dommages thermiques subis par les fils de liaison internes entraîneront une corruption irrémédiable de l'unité centrale. À ce stade, l'unité centrale n'est plus digne de confiance et doit être retirée du boîtier.

Stratégies de protection proactive pour prévenir les défaillances futures

Une fois qu'un système est réparé, la cible devient permanente, ce qui signifie qu'on ne répare pas deux fois le même problème. La réparation ne devrait pas être la norme ; une maintenance électrique régulière est essentielle. Pour garantir la santé du système, il faut que les mesures d'atténuation ne soient pas prises après coup. Le tableau suivant décrit des techniques spécifiques, y compris la protection contre les surtensions et l'utilisation de transformateurs d'isolation, visant à protéger votre système de contrôle.

Analyse des coûts : Réparation des automates ou remplacement du système

En cas de défaillance d'un système, une décision binaire s'impose : réparer l'ancien automate ou le remplacer par un nouveau. Il s'agit d'une décision financière cruciale qui nécessite un calcul de retour sur investissement. Les services de réparation d'automates sont-ils les moyens les plus efficaces de dépenser votre budget ?

Selon l'industrie, une réparation standard coûte entre 20% et 40% du prix d'une nouvelle pièce. Le secteur dispose également d'une norme, la règle des 50%. Selon cette règle, si vous pensez que les services de réparation coûteront 50%-60% du prix de remplacement, vous devriez toujours remplacer l'appareil pour bénéficier d'une durée de vie et d'une garantie accrues.

La situation change radicalement si une pièce est considérée comme “obsolète” ou “en fin de vie”. Si vous ne pouvez pas en acheter une nouvelle, les options qui s'offrent à vous sont les surplus/usages à haut risque ou ce que nous appelons une réparation professionnelle. Un fournisseur de services de maintenance qualifié peut proposer une “réparation professionnelle” qui consiste essentiellement à remettre le matériel à l'heure.

Il ne faut pas non plus oublier les coûts d'ingénierie cachés du remplacement. Le logiciel doit également être réécrit et testé à nouveau, ce qui est nécessaire pour remplacer une ancienne unité sur une nouvelle plate-forme et représente souvent un coût qui éclipse celui du matériel. Il est souvent plus judicieux de régler les différents problèmes par une réparation $800 avec une installation “Plug and Play” que par un remplacement $500 qui nécessite $5 000 de temps d'ingénierie.

Comprendre le processus de réparation professionnelle au niveau des composants

L'électricien de votre site peut-il se contenter de souder un nouveau condensateur sur la carte ? Pourquoi un service professionnel est-il nécessaire ? La différence consiste à trouver la véritable cause et l'origine du problème. Dans le cas d'une réparation effectuée par un bricoleur, le processus de remise à neuf par un professionnel est effectué dans une clinique de réparation.

• Nettoyage par ultrasons

Contaminants visibles sur les circuits imprimés industriels, ainsi que poussière de carbone brûlée et produits chimiques conducteurs. Les résidus conducteurs peuvent provoquer un court-circuit sur votre circuit imprimé. Les ateliers professionnels plongent les cartes dans des nettoyeurs à ultrasons utilisant des solvants sans danger pour l'électronique.

1. Analyse de la signature et test des composants

Les brûlures sont faciles à manquer, c'est pourquoi les techniciens ne se contentent pas d'une analyse visuelle. Ils utilisent des dispositifs de repositionnement de l'analyse de la signature logique pour sonder les puces en vue de tests passifs. Ils testent la résistance série équivalente (ESR) des condensateurs. Un condensateur peut sembler physiquement parfait. Nous filtrons la tension, puis nous le brûlons.

• Profilage et reprise de BGA

Les automates modernes utilisent des puces BGA (Ball Grid Array), qui comportent des centaines de contacts sur la surface inférieure. Il est impossible de les souder à la main. Les stations de reprise à infrarouge sont des équipements de qualité professionnelle, et ces rubans permettent d'atteindre une précision microscopique, de soulever et de remplacer les processeurs.

• L'étape cruciale : Test de charge

C'est là que les réparations de bricolage échouent. La sortie d'un automate programmable peut facilement déclencher une DEL sur un établi. Cependant, lorsqu'il est appelé à contrôler une électrovanne de 2 ampères, il risque de tomber en panne en raison de la fragilité de ses pilotes internes. Les ateliers professionnels utilisent ce que l'on appelle des bancs de charge dynamiques. Celles-ci sont utilisées pour faire fonctionner les automates réparés avec une charge électrique soutenue telle qu'on peut la trouver dans une véritable usine, parfois pendant 24 à 48 heures. Ce processus de rodage permet de détecter les défaillances dues à la mortalité infantile alors que l'unité se trouve encore dans l'atelier professionnel, plutôt qu'après avoir été renvoyée dans les locaux de l'utilisateur.

Critères de sélection d'un fournisseur fiable de services de réparation d'automates programmables

Tous les services de réparation d'automates ne se valent pas. La barrière à l'entrée est faible, mais la barrière à l'excellence est élevée. Lors de la sélection d'un prestataire de services de maintenance pour s'occuper de vos actifs d'automatisation critiques, recherchez ces trois critères non négociables :

1. La structure de la garantie : Une garantie d'au moins 12 mois est le minimum acceptable. Un atelier qui n'offre qu'une garantie de 90 jours n'a guère confiance en sa qualité de travail.
2. Bancs d'essai actifs : Posez-leur des questions précises : “Disposez-vous d'un rack et d'une unité centrale pour tester mon modèle exact ?” De nombreux courtiers prétendent être des ateliers de réparation, mais en fait, ils externalisent tout le travail. Pas de banc d'essai, pas de connaissances.
3. Capacité de rinçage : Les jours de congé peuvent être coûteux. Un bon partenaire pour votre entreprise devrait être en mesure de fournir une option ‘Rush’ dans les 24-48 heures pour vos demandes urgentes.

Compte tenu de ces critères, le tableau suivant fournit une analyse comparative rapide de ces entreprises réputées.

Dernières réflexions sur l'optimisation du temps de disponibilité des équipements industriels

Quels que soient les dégâts, des réparations seront toujours nécessaires. Mais il s'agit là d'une approche ‘ambulancière’ après avoir franchi une falaise. En fin de compte, chaque panne d'automate indique une réalité préoccupante : votre environnement de contrôle reste très instable. Vous pouvez continuer à réparer les dommages causés par d'autres réparations, ou vous pouvez atténuer ces défaillances en renforçant votre système d'armoires pour résister au bruit électrique, à la chaleur et aux surtensions qui détruiront les composants fragiles.

En tant que fabricant ayant 38 ans d'expérience dans la production, nous avons appris à apprécier les difficultés liées à l'environnement d'une usine. Notre engagement à fournir des composants industriels stables reste inébranlable. Avec plus de 72 000 clients dans 100 pays, nous disposons d'une mine de connaissances dans différents secteurs d'activité pour nous aider à comprendre l'ensemble de l'usine. Nos ingénieurs, forts de plus de 20 ans d'expérience, sont impatients de vous aider à trouver les solutions les plus précises et les plus professionnelles à vos problèmes d'automatisation.

N'attendez pas la prochaine panne. Fournissez à vos systèmes la puissance propre et l'isolation du signal qu'ils méritent. Explorez le catalogue de l'OMCHe dès aujourd'hui pour trouver les alimentations industrielles, les relais et les composants de protection qui transforment un système fragile en une forteresse.